论文部分内容阅读
摘 要： Protel是Altium 公司推出的电路辅助设计系统。设计者绘制原理图后， 紧接着是设计印制电路板，简称PCB。PCB设计一般按照规划电路板、装载元器件封装库及网络表、元器件的布局、布线等步骤进行。本文通过对整个PCB设计过程的探讨，为正确高效地设计印制电路板提供了有效的途径。
关键词： Protel PCB设计 有效 途径
1.引言
Protel 2004是Altium公司推出的电路辅助设计系统，是potel系列软件在Windows XP平台的产品。Protel 2004除具有先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能，深受电子产品设计者的喜爱。电路设计的目的就是要制作出电子产品，而电子产品最终是通过印制电路板来实现的，所以在电路的原理图设计完成后，接着就是印制电路板（PCB）设计，而PCB板的质量直接影响着电子产品的性能。本文以Protel 2004为设计工具，探讨PCB设计中的基本原则及技巧，为能正确、高效地设计PCB板提供了有效的途径。
2.创建PCB文件
2.1 PCB向导
在Files（文件）面板的底部，展开New from template栏，后选择PCB Board Wizard菜单命令启动PCB创建向导，依据PCB创建向导的提示输入要设计的PCB板的尺寸、需要的层数、过孔风格、形状等。新建好的PCB文档自动加在Project中的PCB下，并使用默认名字PCB1.PCBDOC。需要注意的是设计的原理图文件和PCB文件必须在同一个项目文件下，否则不能加载元件库等操作。
2.2手工法
如果用手工法建立新的PCB文件，则执行菜单File＼New＼PCB命令。这时在项目中的PCB的目录下添加一个新PCB文件默认名字为PCB1.PCBDOC，并在工作区窗口打开它。在Projects面板上，选中该文件单击右键，从快捷菜单中选择Save as即可对新创建的文件需重新命名。
3.规划PCB
手工法创建的PCB文件都需要自己规划PCB板。
3.1确定工作层
Protel 2004共可进行74个板层设计，包含32层Signal（信号走线层）；16层Mechanical（机械层）；16层Internal Plane（内层电源层）；2层Solder Mask（防焊层）；2层Paste Mask（锡膏层）；2层Silkscreen（丝印层）；2层钻孔层（钻孔引导和钻孔冲压）；1层Keep Out -Layer（禁止布线层）；1层Multi-Layer（横跨所有的信号板层）。布线得层数层用得越多，PCB的价格就越高。
执行菜单命令Design（设计）＼Board Layers（层堆栈管理器），在打开的对话框中可以对各层的属性、颜色等进行修改。
3.2定义PCB形状及尺寸
PCB板有两个边界：一个是物理边界首先规划电路板的物理边界，是对电路板机械定义的具体要求。我们一般在机械层（Mechanical1）来画物理边框。另外一个是电气边界。电气边界是用来限定元件布线和放置的范围，它是通过在禁止布线层（Keep Out Layer）对电气边界的绘制。
印制电路板尺寸要适当，尺寸太大，线条长，抗噪能力下降；尺寸太小，散热不好，且临近的导线、器件之间容易互相干扰。为了不让PCB板外边框和连元件离得太近，电气边界距和物理边界之间要有一定的间距。
4.加载PCB元件封装库
加载PCB元件封装库可以有两种办法：（1）可以单击原理图编辑器中的设计（Design）选择update PCB....命令，直接装载网络表和元件封装。（2）可以在PCB编辑器中单击设计（Design）选择update Schematics命令对网络表和元件的装载及更新。
对于封装库中没有或有特殊需要的元件，就必须自己制作。和制作元件类似，执行菜单File（文件）＼New（创建）＼PCB Library，进入PCB库文件编辑器就可对所需要的封装库进行制作。
5.元器件的布局
元器件的布局在PCB板的制作中是一个重要步骤，布线的难易、最终产品的电气性能强弱在很大程度上取决于元件布局的质量高低。
5.1放置顺序
首先，放置与结构有关的固定位置的元器件，如开关、插座、指示灯、发光二极管等元件；其次，对一些体积较大的元器件和特殊元件进行放置，如变压器、IC、发热元件等；最后放置较小的器件，如电阻、电容等。
5.2布局
Protel DXP提供了强大的自动布局功能，执行命令Tools（工具）＼Auto Placement（放置元件）＼Auto Placer（自动布局），在Auto Place对话框中选择自动布局器。
Protel 2004 PCB编辑器提供两种自动布局工具：Cluster Placer自动布局器。这种布局方式适用于少于100个元件的情况；Global Placer自动元件布局器使用适用于更多元件数量的图板。自动布局比较方便，但生成的板并不是最优的设计方案，仍然需要手工调整达到预期效果。
5.3布局注意事项
在进行PCB元件布局时，应考虑以下方面。
（1）按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开。
（2）定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件。
（3）卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路。
（4）元器件的外侧距板边的距离为5mm。
（5）贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm。 （6）金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其他元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其他方孔外侧距板边的尺寸大于3mm。
（7）发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布。
（8）电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其他焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔。
（9）其他元器件的布置：所有IC元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直。
（10）板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil（或0.2mm）。
（11）贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过。
（12）贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致。
（13）有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。
7.布线
布线是将预拉线转换为电气连接的过程，这些电气连接包括：连线、过孔、焊盘、弧线、填充、多边形覆铜和电源层等。Potel 2004提供了手工布线和自动布线两种。
7.1布线方法
由于电子产品越来越精密，随之而来PCB板的设计也越来越复杂，因此对一些有特殊要求的连线要进行预先手工布线。自动布线与交互式布线相结合可以很好地提高布线成功率和效率。自动布线是为手工调整提供参考，如果自动布线能够达90%以上，就说明元件的布局基本合理，手工修改只需要调整少量元件走线，调整走线也不会有太多的障碍。
7.2布线注意事项
（1）画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线。
（2）电源线尽可能的宽，不应低于18mil；信号线宽不应低于12mil；cpu入出线不应低于10mil（或8mil）；线间距不低于10mil。
（3）正常过孔不低于30mil。
（4）双列直插：焊盘60mil，孔径40mil；1/4W电阻：51*55mil（0805表贴）；直插时焊盘62mil，孔径42mil；无极电容：51*55mil（0805表贴）；直插时焊盘50mil，孔径28mil。
（5）注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线。
（6）注意印刷线板与元器件的高频特性：在高频情况下，印刷线路板上的引线，过孔，电阻、电容、接插件的分布电感与电容等不可忽略。电容的分布电感不可忽略，电感的分布电容不可忽略。
（7）处理好接地线：印刷电路板上，电源线和地线最重要。克服电磁干扰，最主要的手段就是接地。对于双面板，地线布置特别讲究，通过采用单点接地法，电源和地是从电源的两端接到印刷线路板上来的，电源一个接点，地一个接点。
8.建立PCB生产文件
在PCB板的设计完成之后，通过选择菜单（Project＼Output jobs）命令，可进行打印或板的生产、装配，直至完成成品的各种输出设置。
9.结语
PCB的最终体现的是电子元器件，也是电子元器件电气连接的提供者，几乎所有的电子产品都离不开印制电路板。随着EDA技术的不断发展，Protel DXP 2004会成为设置印刷电路板的一个好帮手，但是要设计出一块优良的PCB板，还需要不断地学习和实践，不断地总结经验。
参考文献：
［1］王廷才，王崇文.电子线路计算机辅助设计Protel 2004［M］.北京：高等教育出版社，2006.
［2］王万刚，蔡川.电子线路CAD设计［M］.北京：电子工业出版社，2011.
［3］导向科技.Protel DXP电子电路设计培训教程［M］.人民邮电出版社，2003.
关键词： Protel PCB设计 有效 途径
1.引言
Protel 2004是Altium公司推出的电路辅助设计系统，是potel系列软件在Windows XP平台的产品。Protel 2004除具有先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能，深受电子产品设计者的喜爱。电路设计的目的就是要制作出电子产品，而电子产品最终是通过印制电路板来实现的，所以在电路的原理图设计完成后，接着就是印制电路板（PCB）设计，而PCB板的质量直接影响着电子产品的性能。本文以Protel 2004为设计工具，探讨PCB设计中的基本原则及技巧，为能正确、高效地设计PCB板提供了有效的途径。
2.创建PCB文件
2.1 PCB向导
在Files（文件）面板的底部，展开New from template栏，后选择PCB Board Wizard菜单命令启动PCB创建向导，依据PCB创建向导的提示输入要设计的PCB板的尺寸、需要的层数、过孔风格、形状等。新建好的PCB文档自动加在Project中的PCB下，并使用默认名字PCB1.PCBDOC。需要注意的是设计的原理图文件和PCB文件必须在同一个项目文件下，否则不能加载元件库等操作。
2.2手工法
如果用手工法建立新的PCB文件，则执行菜单File＼New＼PCB命令。这时在项目中的PCB的目录下添加一个新PCB文件默认名字为PCB1.PCBDOC，并在工作区窗口打开它。在Projects面板上，选中该文件单击右键，从快捷菜单中选择Save as即可对新创建的文件需重新命名。
3.规划PCB
手工法创建的PCB文件都需要自己规划PCB板。
3.1确定工作层
Protel 2004共可进行74个板层设计，包含32层Signal（信号走线层）；16层Mechanical（机械层）；16层Internal Plane（内层电源层）；2层Solder Mask（防焊层）；2层Paste Mask（锡膏层）；2层Silkscreen（丝印层）；2层钻孔层（钻孔引导和钻孔冲压）；1层Keep Out -Layer（禁止布线层）；1层Multi-Layer（横跨所有的信号板层）。布线得层数层用得越多，PCB的价格就越高。
执行菜单命令Design（设计）＼Board Layers（层堆栈管理器），在打开的对话框中可以对各层的属性、颜色等进行修改。
3.2定义PCB形状及尺寸
PCB板有两个边界：一个是物理边界首先规划电路板的物理边界，是对电路板机械定义的具体要求。我们一般在机械层（Mechanical1）来画物理边框。另外一个是电气边界。电气边界是用来限定元件布线和放置的范围，它是通过在禁止布线层（Keep Out Layer）对电气边界的绘制。
印制电路板尺寸要适当，尺寸太大，线条长，抗噪能力下降；尺寸太小，散热不好，且临近的导线、器件之间容易互相干扰。为了不让PCB板外边框和连元件离得太近，电气边界距和物理边界之间要有一定的间距。
4.加载PCB元件封装库
加载PCB元件封装库可以有两种办法：（1）可以单击原理图编辑器中的设计（Design）选择update PCB....命令，直接装载网络表和元件封装。（2）可以在PCB编辑器中单击设计（Design）选择update Schematics命令对网络表和元件的装载及更新。
对于封装库中没有或有特殊需要的元件，就必须自己制作。和制作元件类似，执行菜单File（文件）＼New（创建）＼PCB Library，进入PCB库文件编辑器就可对所需要的封装库进行制作。
5.元器件的布局
元器件的布局在PCB板的制作中是一个重要步骤，布线的难易、最终产品的电气性能强弱在很大程度上取决于元件布局的质量高低。
5.1放置顺序
首先，放置与结构有关的固定位置的元器件，如开关、插座、指示灯、发光二极管等元件；其次，对一些体积较大的元器件和特殊元件进行放置，如变压器、IC、发热元件等；最后放置较小的器件，如电阻、电容等。
5.2布局
Protel DXP提供了强大的自动布局功能，执行命令Tools（工具）＼Auto Placement（放置元件）＼Auto Placer（自动布局），在Auto Place对话框中选择自动布局器。
Protel 2004 PCB编辑器提供两种自动布局工具：Cluster Placer自动布局器。这种布局方式适用于少于100个元件的情况；Global Placer自动元件布局器使用适用于更多元件数量的图板。自动布局比较方便，但生成的板并不是最优的设计方案，仍然需要手工调整达到预期效果。
5.3布局注意事项
在进行PCB元件布局时，应考虑以下方面。
（1）按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开。
（2）定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件。
（3）卧装电阻、电感（插件）、电解电容等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路。
（4）元器件的外侧距板边的距离为5mm。
（5）贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm。 （6）金属壳体元器件和金属件（屏蔽盒等）不能与其他元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其他方孔外侧距板边的尺寸大于3mm。
（7）发热元件不能紧邻导线和热敏元件；高热器件要均衡分布。
（8）电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其他焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔。
（9）其他元器件的布置：所有IC元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直。
（10）板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil（或0.2mm）。
（11）贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。重要信号线不准从插座脚间穿过。
（12）贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致。
（13）有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。
7.布线
布线是将预拉线转换为电气连接的过程，这些电气连接包括：连线、过孔、焊盘、弧线、填充、多边形覆铜和电源层等。Potel 2004提供了手工布线和自动布线两种。
7.1布线方法
由于电子产品越来越精密，随之而来PCB板的设计也越来越复杂，因此对一些有特殊要求的连线要进行预先手工布线。自动布线与交互式布线相结合可以很好地提高布线成功率和效率。自动布线是为手工调整提供参考，如果自动布线能够达90%以上，就说明元件的布局基本合理，手工修改只需要调整少量元件走线，调整走线也不会有太多的障碍。
7.2布线注意事项
（1）画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线。
（2）电源线尽可能的宽，不应低于18mil；信号线宽不应低于12mil；cpu入出线不应低于10mil（或8mil）；线间距不低于10mil。
（3）正常过孔不低于30mil。
（4）双列直插：焊盘60mil，孔径40mil；1/4W电阻：51*55mil（0805表贴）；直插时焊盘62mil，孔径42mil；无极电容：51*55mil（0805表贴）；直插时焊盘50mil，孔径28mil。
（5）注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线。
（6）注意印刷线板与元器件的高频特性：在高频情况下，印刷线路板上的引线，过孔，电阻、电容、接插件的分布电感与电容等不可忽略。电容的分布电感不可忽略，电感的分布电容不可忽略。
（7）处理好接地线：印刷电路板上，电源线和地线最重要。克服电磁干扰，最主要的手段就是接地。对于双面板，地线布置特别讲究，通过采用单点接地法，电源和地是从电源的两端接到印刷线路板上来的，电源一个接点，地一个接点。
8.建立PCB生产文件
在PCB板的设计完成之后，通过选择菜单（Project＼Output jobs）命令，可进行打印或板的生产、装配，直至完成成品的各种输出设置。
9.结语
PCB的最终体现的是电子元器件，也是电子元器件电气连接的提供者，几乎所有的电子产品都离不开印制电路板。随着EDA技术的不断发展，Protel DXP 2004会成为设置印刷电路板的一个好帮手，但是要设计出一块优良的PCB板，还需要不断地学习和实践，不断地总结经验。
参考文献：
［1］王廷才，王崇文.电子线路计算机辅助设计Protel 2004［M］.北京：高等教育出版社，2006.
［2］王万刚，蔡川.电子线路CAD设计［M］.北京：电子工业出版社，2011.
［3］导向科技.Protel DXP电子电路设计培训教程［M］.人民邮电出版社，2003.